JP2015012278A - 実装装置および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 予め、基板の複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されていても、チップを基板に加圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えない実装装置および実装方法を提供すること。
【解決手段】 基板を吸着保持する基板ステージと、チップを吸着保持して、基板に押圧および加熱するボンディングヘッドと、を備え、前記ボンディングヘッドは、ボンディングヘッド本体を上下に昇降する昇降手段と、熱硬化性樹脂を加熱する加熱手段と、チップを吸着保持するツールと、加熱手段からの輻射熱を遮蔽する遮熱板と、から構成され、ボンディングヘッド本体の下側に加熱手段が取り付けられ、加熱手段の下面にツールが吸着保持されており、チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられており、開口部よりツールが突出している実装装置および実装方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フリップチップを基板に熱圧着する実装装置および実装方法に関するものである。

フリップチップ（以下、チップと呼ぶ）を基板に熱圧着する場合、基板に設けられたアライメントマークとチップに設けられたアライメントマークを画像認識手段で認識し、基板を保持する基板ステージもしくはチップを保持するボンディングヘッドをＸＹ方向（水平方向）およびθ方向（回転方向）に位置合わせし、チップを基板の所定位置に押圧および加熱している。

基板には熱硬化性樹脂が予め充填されており、熱圧着により樹脂を加熱硬化させることでチップと基板が接合されている。基板には、複数の実装箇所があり、基板ステージもしくはボンディングヘッドを移動させながら、順次、実装作業が行われている。なお、熱硬化性樹脂を充填する代わりに、シート状の熱硬化性樹脂フィルムを基板に載置している場合もある。

チップを保持するボンディングヘッドは、昇降機構を備えたボンディングヘッド本体と、本体の下側に取り付けられたセラミックヒータなどの加熱手段と、加熱手段の下側に吸着保持されたツールとから構成されている。チップを保持するツールは、チップの大きさや品種毎に複数種類が用意されており、実装対象のチップに適合したツールが用いられている。加熱手段によりツールが加熱され、チップと基板を押圧する際に、熱硬化性樹脂を加熱するようになっている。ツールの上面は加熱手段の下面に密着し、さらに、ツールの上面のサイズと加熱手段の下面のサイズが同じ大きさになるように設定され、熱の伝導を良好にしている。

基板には、予め全ての実装箇所に熱硬化性樹脂が充填されている。この状態から、順次、チップを一つずつ実装していく。この場合、対象となる実装箇所にチップを加圧および加熱している際に、周辺のまだチップを実装していない実装箇所の熱硬化性樹脂に、加熱手段からの輻射熱が及んでしまう。輻射熱は、樹脂の粘度が増粘してチップと基板の接続状態に影響を与えてしまう問題がある。これに対して、特許文献１では、ツールのチップを吸着する部分の位置を、ツールの中心から端にずらして、ツールの輻射熱が実装前の熱硬化性樹脂に及ばないようにしている。

特許第４５３９４５４号公報

しかしながら、チップの吸着位置がツールの中心からずれた位置に設けてあると、チップに加わる荷重が、ヒータを保持する部材にモーメント荷重として作用してしまう。チップにかかる圧力が高くなれば高くなるほど、モーメント荷重は大きくなり、ボンディングヘッドの先端には水平方向の分力が作用するようになる。この分力は、チップの横滑りなどの実装ズレの要因となり、チップと基板の接合不良を発生させてしまうという問題がある。

また、輻射熱の影響を受けないように、実装箇所のサイズに合わせて加熱手段を何種類も準備し実装を行うことも考えられるが設備コストや開発負担が大きくなる問題があった。

そこで、本発明の課題は、予め、基板の複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されていても、チップを基板に加圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えない実装装置および実装方法を提供することとする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板にチップを実装する実装装置であって、
基板を吸着保持する基板ステージと、
チップを吸着保持して、基板に押圧および加熱するボンディングヘッドと、
を備え、
前記ボンディングヘッドは、ボンディングヘッド本体を上下に昇降する昇降手段と、
熱硬化性樹脂を加熱する加熱手段と、
チップを吸着保持するツールと、
加熱手段からの輻射熱を遮蔽する遮熱板と、から構成され、
ボンディングヘッド本体の下側に加熱手段が取り付けられ、
加熱手段の下面にツールが吸着保持されており、
チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられており、開口部よりツールが突出している実装装置である。

請求項１に記載の発明によれば、チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板が開口部を有しているので、加熱手段からの輻射熱は隣接する実装箇所に及ばない。そのため、予め、基板の複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されていても、チップを基板に加圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えることが無い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記開口部から突出しているツールが、開口部を介して加熱手段から脱着可能に取り付けられている実装装置である。

請求項２に記載の発明によれば、ツールの交換に際して、遮熱板と加熱手段を取り外す必要がなく品種変更にともなう停機時間を最小限にすることが出来る。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記加熱手段に設けられているツールの吸着溝の外郭線の大きさが、実装対象チップのうち、最小サイズのチップよりも小さい大きさである実装装置である。

請求項３に記載の発明によれば、基板に実装するチップサイズに応じてツールのサイズが各種必要になるが、加熱手段の吸着溝のサイズが実装対象の最小サイズのチップに用いるツールに対応しているので、加熱手段をチップサイズ毎に準備する必要が無く共用化できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載のいずれかの発明において、
前記加熱手段へ電力を供給する給電線が、遮熱板で覆われている実装装置である。

請求項４に記載の発明によれば、給電線からの輻射熱の影響を遮熱板で遮蔽できるので、未実装箇所の熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えることが無い。

請求項５に記載の発明は、
予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板にチップを実装する実装方法であって、
基板を吸着保持する基板ステージと、
チップを吸着保持して、基板に押圧および加熱するボンディングヘッドとを備え、
前記ボンディングヘッドは、熱硬化性樹脂を加熱する加熱手段と、
加熱手段からの輻射熱を遮蔽する遮熱板とから構成され、
ボンディングヘッド本体の下側に加熱手段が取り付けられ、
加熱手段の下面にツールが吸着保持されており、
チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられており、開口部よりツールが突出している実装装置を用いて、
前記ツールにチップを吸着保持し、
予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板の個々の実装箇所に、チップを加圧および加熱して実装する実装方法である。

請求項５に記載の発明によれば、チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられている実装装置を用いて、チップを順次、実装しているので、加熱手段からの輻射熱は隣接する実装箇所に及ばない。そのため、予め、基板の複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されていても、チップを基板に加圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えることが無い。

本発明によれば、予め、基板の複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されていても、チップを基板に加圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂もしくは熱硬化性樹脂フィルムに熱影響を与えない実装装置および実装方法を提供することができる。

本発明の実装装置の概略側面図である。 本発明で用いる基板の概略平面図である。 本発明のボンディングヘッドの概略側面図である。 本発明のボンディングヘッドを下側から参照したときの概略平面図である。 本発明の加熱手段の給電線を遮熱板で覆ったボンディングヘッドの概略側面図である。 本発明の実装装置の動作フローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実装装置１の概略側面図である。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸（上下方向）、Ｚ軸周りをθ軸とする。

実装装置１は、基板６を吸着保持する基板ステージ１０と、チップ２を吸着保持するボンディングヘッド８と、チップ２と基板６に設けられた位置合わせマークを認識する２視野カメラ１３と、実装装置１全体を制御する制御部２０とから構成されている。

基板ステージ１０は、図示していない吸引ポンプなどの吸引手段と配管が接続されており、基板ステージ１０上の基板６を吸着保持することが出来る。また、基板ステージ１０は、水平方向（ＸＹ方向）に移動可能になっている。

基板６には、複数の実装箇所が設けられている。１例として図２に基板の概略平面図を示す。図２の例は、実装箇所が９カ所の例で、各実装箇所は１０１、１０２，〜１０９で示す部分となる。実装箇所１０１〜１０９には、予め、熱硬化性樹脂４が所定の部分に充填されている。各実装箇所には、チップ２のバンプ３と接続する電極５が設けられている。実装箇所１０１〜１０９は、等間隔のピッチＬ１で配置されている。基板６は、図２に示す実線６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄでピッチＬ１に分割することが出来る。以下の説明のため、実装箇所１０１〜１０９の実線６ａ〜６ｄで囲まれた領域を実装領域１８と呼ぶ。実装領域１８は、個々の実装箇所１０１〜１０９に実装作業を行っている際に、隣接する実装箇所の熱硬化性樹脂４に熱影響を与えない領域となる。なお、熱硬化性樹脂４を充填する代わりに、シート状の熱硬化性樹脂フィルムを基板６に載置している場合もある。

ボンディングヘッド８は、上下方向（Ｚ方向）及び回転方向（θ方向）に移動可能で、ボンディングヘッド８の先端のツール９に吸着保持されたチップ２を、基板６に押圧および加熱することが出来るようになっている。図３にボンディングヘッド８の概略側面図を示す。ボンディングヘッド８の下側にはセラミックヒータなどの加熱手段１２が取り付けられている。加熱手段１２の下面にはツール９が図示していない吸引ポンプなどの吸引手段で吸着保持されている。ボンディングヘッド８の下側は、加熱手段１２を囲むように遮熱板１５が設けられている。遮熱板１５は、加熱手段１２の下面でツール９が吸着されていない部分（加熱手段１２の下面が露出した部分）を覆うように取り付けられている。遮熱板１５は、加熱手段１２からの輻射熱を遮蔽する目的で設けられている。

ツール９をボンディングヘッド８の下側から参照したとき（図３の矢印Ａ方向）の概略平面図を図４に示す。図中の斜線で示した部分が遮熱板１５となり、中央部分には開口部１５ａが設けられている。開口部１５ａの内側にはツール９が配置されている。図３に示すように、ツール９は開口部１５ａから突出した状態で、加熱手段１２に吸着保持されている。遮熱板１５の開口部１５ａの大きさは、上述の実装領域１８に合わせて開口されている（実装領域１８の大きさにほぼ同じ大きさで開口されている）。遮熱板１５は、ボンディングヘッド８の外縁８ａに沿って、ボンディングヘッド８の上方に折り曲げられており、ボンディングヘッド８の上部８ｂで、ボンディングヘッド８にビス等で取り付けられている。

このような構成のため、加熱手段１２からの輻射熱は実装対象の実装箇所に隣接する実装箇所に及ばない。そのため、予め、基板６の複数の実装箇所１０１から１０９に熱硬化性樹脂４が充填されていても、チップ２を基板６に押圧および加熱する際に、未実装箇所の熱硬化性樹脂４に熱影響を与えることが無い。

さらに、開口部１５ａから突出しているツール９は、開口部１５ａを介して加熱手段１２から脱着可能に吸着保持されている。そのため、ツール９の交換に際して、遮熱板１５と加熱手段１２を取り外す必要がなく品種変更にともなう停機時間を最小限にすることが出来る。

図４に加熱手段１２に設けられている吸着溝１７を点線で示す。吸着溝１７が図示していない吸引手段からの吸引により減圧され、ツール９が吸着されている。吸着溝１７の外郭線の大きさは、実装対象のチップ２のうち、最小サイズのチップよりも小さいサイズに設定されている。これにより、基板６に実装するチップサイズに応じてツール９のサイズが各種必要になるが、加熱手段１２の吸着溝１７のサイズが実装対象の最小サイズのチップ２に用いるツール９に対応しているので、加熱手段１２をチップサイズ毎に準備する必要が無く共用化できる。

また、図５に示すように加熱手段１２に電力を供給する給電線１６を、遮熱板１５で覆うようにしても良い。このようにすると、給電線１６からの輻射熱の影響を遮熱板１５で遮蔽できるので、未実装箇所の熱硬化性樹脂４に熱影響を与えることが無い。

このような構成の実装装置を用いて、基板６にチップ２を実装する方法を図６のフローチャートに基づいて説明する。

まず、基板ステージ１０に熱硬化性樹脂４が充填済みの基板６を吸着保持する（ＳＰ０１）。

次に、チップ搬送手段からチップ２をボンディングヘッド８が受け取り、ツール９に吸着保持する（ＳＰ０２）。

次に、ボンディングヘッド８を所定の高さまで下降させ、基板６とチップ２との間に、２視野カメラ１３を挿入する（ＳＰ０３）。

次に、２視野カメラ１３で認識した基板６の実装対象箇所のアライメントマークとチップ２のアライメントマークに基づいて、基板ステージ１０を水平方向（ＸＹ方向）に、およびボンディングヘッド８を回転方向（θ方向）に移動させて、位置合わせを行う（ＳＰ０４）。位置合わせが完了すると、２視野カメラ１３は、基板６とチップ２の間から退避する。

次に、ボンディングヘッド８の加熱手段１２の通電を開始し、ツール９を所定の温度まで昇温する（ＳＰ０５）。

次に、ボンディングヘッド８を下降させて所定の荷重で所定時間、対象となる実装箇所の電極５に加圧する（ＳＰ０６）。加圧および加熱にともない、実装箇所の熱硬化性樹脂４が加熱硬化する。連接する実装箇所で、熱硬化性樹脂４が充填されているだけのところには、遮熱板１５があるため、ボンディングヘッド８の加熱による輻射熱は及ばない。

次に、ボンディングヘッド８を上昇させ、加熱手段１２の通電を切り、基板６に次の実装箇所があるかどうか確認する。実装箇所が残っている場合、ＳＴ０２に戻り、順次、チップ２の実装を続行する（ＳＰ０７）。

１ 実装装置
２ チップ
３ バンプ
４ 熱硬化性樹脂
５ 電極
６ 基板
８ ボンディングヘッド
９ ツール
１０ 基板ステージ
１２ 加熱手段
１３ ２視野カメラ
１５ 遮熱板
１６ 給電線
１７ 吸着溝
２０ 制御部
８ａ ボンディングヘッド８の外縁
８ｂ ボンディングヘッド８の上部
１０１〜１０９ 実装箇所
１５ａ 開口部

Claims (5)

1. 予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板にチップを実装する実装装置であって、
   基板を吸着保持する基板ステージと、
   チップを吸着保持して、基板に押圧および加熱するボンディングヘッドと、
   を備え、
   前記ボンディングヘッドは、ボンディングヘッド本体を上下に昇降する昇降手段と、
   熱硬化性樹脂を加熱する加熱手段と、
   チップを吸着保持するツールと、
   加熱手段からの輻射熱を遮蔽する遮熱板と、から構成され、
   ボンディングヘッド本体の下側に加熱手段が取り付けられ、
   加熱手段の下面にツールが吸着保持されており、
   チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられており、開口部よりツールが突出している実装装置。
2. 請求項１に記載の発明において、
   前記開口部から突出しているツールが、開口部を介して加熱手段から脱着可能に取り付けられている実装装置。
3. 請求項２に記載の発明において、
   前記加熱手段に設けられているツールの吸着溝の外郭線の大きさが、実装対象チップのうち、最小サイズのチップよりも小さい大きさである実装装置。
4. 請求項１から３に記載のいずれかの発明において、
   前記加熱手段へ電力を供給する給電線が、遮熱板で覆われている実装装置。
5. 予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板にチップを実装する実装方法であって、
   基板を吸着保持する基板ステージと、
   チップを吸着保持して、基板に押圧および加熱するボンディングヘッドとを備え、
   前記ボンディングヘッドは、熱硬化性樹脂を加熱する加熱手段と、
   加熱手段からの輻射熱を遮蔽する遮熱板とから構成され、
   ボンディングヘッド本体の下側に加熱手段が取り付けられ、
   加熱手段の下面にツールが吸着保持されており、
   チップを実装する実装領域に合わせて遮熱板に開口部が設けられており、開口部よりツールが突出している実装装置を用いて、
   前記ツールにチップを吸着保持し、
   予め複数の実装箇所に熱硬化性樹脂が充填または熱硬化性樹脂フィルムが載置されている基板の個々の実装箇所に、チップを加圧および加熱して実装する実装方法。

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